Chemistry of streams draining grassland and forest catchments at Plynlimon, mid-Wales

The chemistry of streamwater, bulk precipitation, throughfall and soil waters has been studied for three years in two plantation forest and two moorland catchments in midWales. Na and CI are the major ions in streamwater reflecting the maritime influence on atmospheric inputs. In all streams, baseflow is characterised by high pH waters enriched in Ca, Mg, Si and HC03. Differences in baseflow chemistry between streams reflect the varying extent of calcite and base metal sulphide mineralization within the catchments. Except for K, mean stream solute concentrations are higher in the unmineralized and mineralized forest catchments compared with their respective grassland counterparts. In the forest streams, storm flow concentrations of H are approximately 1.5 times and Al four times higher than in the moorland streams. Annual catchment losses of Na, CI, S04, N03, Al and Si are greatest in the forest streams. In both grassland and forest systems, variations in stream chemistry be explained by mixing waters from different parts of the catchment, although N0 3 concentrations may additionally be controlled by N transformations occurring between soils and streams. Differences in stream chemistry and solute budgets between forest and moorland catchments are related to greater atmospheric scavenging by the trees and changes in catchment hydrology consequent on afforestation. Mineral veins within the catchment bedrock can significantly modify the stream chemical response to afforestation. Composition des eaux s'écoulant de bassins versants à végétation de prairies ou de forêts, à Plynlimon, centre du Pays de Galles Résumé La composition chimique des eaux des ruisseaux, des pluies incidentes, des pluviolessivats et des eaux dans le sol a été Open for discussion until 1 June 1990 667 B. Reynolds et al. 668 étudiée pendant trois années dans quatre bassins versants situés dans le centre du Pays de Galles. Deux sont couverts de prairies, les deux autres de forêts. Le sodium et le chlore sont les ions dominants dans les eaux des émissaires, reflétant ainsi l'influence maritime des apports atmosphériques. Dans tous les ruisseaux, le débit de base est caractérisé par un pH élevé avec des eaux enrichies en Ca, Mg, Si et HC03. Par rapport à ce niveau moyen, les différences de composition observées entre les ruisseaux reflètent l'extension plus ou moins grande dans les bassins de la calcite et de filons de minéraux sulfurés divers. Sauf pour le potassium, la concentration moyenne des produits dissous dans l'eau est plus élevée dans les deux bassins forestiers, qu'il y ait ou non des filons de minéraux, que dans les bassins analogues en zone de prairies. Dans les eaux des ruisseaux issus des zones de forêts, la concentration au cours des événements torrentiels est 1.5 fois plus élevée pour l'ion H et quatre fois pour l'aluminium que dans celles des zones de prairies. Pour les éléments Na, Cl, S04, N03, Al et Si les pertes annuelles à l'exutoire sont les plus fortes pour les bassins forestiers. Dans les deux systèmes, prairies et forêt, les variations de composition chimique des eaux des ruisseaux peuvent être expliquées par des mélanges d'eau de diverses origines à l'intérieur de chaque bassin, néanmoins l'ion N0 3 reste contrôlé par des transformations de l'azote à l'interface sol-ruisseau. Entre les deux types de bassins, les différences dans la composition des eaux des ruisseaux et dans les bilans des produits solubles quittant ces bassins sont liées à ce que sous forêt l'interception est plus élevée, que l'effet filtre est plus efficace et que le reboisement a modifié le fonctionnement hydrologique du système. Par rapport à l'effet du reboisement, la présence de filons minéraux dans la roche mère des bassins versants peut influencer significativement la composition chimique de l'eau du ruisseau.